高阶谱方法是基于势流理论模拟波浪传播变形的数值方法,其将速度势函数展开成满足控制方程和周期性边界条件的傅里叶级数形式,运用快速傅里叶变换对空间和波数域中的物理量进行计算。高阶谱方法具有计算速度快、精度高等优点,但周期性边界条件的假设限制了其应用。借助附加速度势函数可将非周期性的造波边界条件引入到高阶谱方法中,建立模拟非线性波浪生成与传播的高阶谱方法数值波浪水槽模型。首先,本文利用流函数波浪理论数值求解造波边界的速度,并将其整合到高阶谱方法数值波浪水槽中,建立了造波边界条件和自由水面边界条件均为完全非线性的数值波浪水槽模型。本文利用该波浪水槽模型对不同波况的规则波进行了模拟,并将结果与波浪理论解析解进行了对比,对比结果验证了本模型的准确性。其次,利用不规则波浪的二阶Stokes理论求解造波边界的速度,可实现波浪水槽对非线性不规则波浪的模拟。为了验证数值波浪水槽模型对不规则波浪模拟的准确性,本文将数值结果与理论解及高阶边界元方法数值波浪水槽模型相应结果进行了对比。最后,本文利用上述数值波浪水槽对非线性规则波及聚焦波对直墙结构的作用进行了数值研究,分析了波陡、水深和波群频率宽度对直墙结构上波浪力的影响。本文入射速度造波模型较严格地满足非线性波浪的入射边界条件,减少了杂波的产生,使高阶谱方法数值波浪水槽能够高效准确地对非线性规则波和不规则波进行模拟与研究。